汽车座椅防潜结构设计研究

2015-09-10刘鹏段小刚杨兴明

汽车科技 2015年6期

刘鹏，段小刚，杨兴明

（1.东风汽车股份有限公司商品研发院，武汉 430057；2.东风李尔座椅汽车座椅有限公司，武汉 430056）

1 前言

座垫下潜是汽车正碰中的一种常见现象,它是指正碰过程中因座盆变形而引起的座垫前端向下塌陷的现象。座垫若下潜过大，座椅上的人体受到的伤害程度将加大[1]。

汽车座椅防潜保护系统的作用是在车辆突然制动或前碰发生时，防止车内乘员向前滑动发生危险状况。因此，在前碰过程中，它是保护乘安全的重要组成部分。当车辆发生前碰时，防潜装置虽然能把人限制在座椅上减小向前的滑动，从而降低人体伤害，但如果不系安全带，防潜装置无法发挥此功能，因此它必须与安全带及安全气囊系统配合使用，才可以达到理想的效果[2]。

目前常见的防潜装置通常为将坐垫下方的钣件设计成前端较高后端较低，且前端形状具有一定的角度和尺寸参数，来防止车内乘员身体或骨盆在车辆遭受正碰或紧急刹车时，从安全带下方往前滑动，造成脚部、胸部或是脸部撞到方向盘或其它内饰零部件而受到更大的伤害，以及减少一些腹部、骨盆腔和脊柱的伤害。随着汽车技术的不断发展，还有使用气囊进行防潜的装置、利用座椅部件移动进行防潜的装置[3]。本文讨论的都是金属结构件构成的防潜装置。

2 防潜装置在正碰中的必要性

下图 2为典型的座椅正碰试验，安全带能有效的约束乘员的向前位移量，保护乘员的人身安全。若座椅中配备了防潜装置，试验人体向前的运动过程中，臀部与防潜装置接触后，防潜装置能有效阻止试验人体向前移动，大大减小人体前向运动引起的伤害。

通常情况下，同样结构的座椅，有防潜装置时，正碰试验中人体臀部位移量明显较小，曲线达到峰值的时间较短、比较平缓，如下图3；若无防潜装置，则正碰试验中人体臀部位移量较大，曲线达到峰值时间较长，并呈现较陡的趋势，如下图 4。因此，在座椅结构设计中，增加有效的防潜装置是必要的。目前此装置广泛地应用于汽车座椅设计中。

3 防潜装置的常见结构形式

防潜装置决定了座椅骨架结构是否能够减少乘员向前滑动的距离，并在极端情况保证乘员不滑出安全带，因此座椅防潜性能一般要求坐垫前部横梁具有一定的角度和承载能力。

防潜装置常见的有三种结构：

3.1 横管式结构

横管式防潜装置结构简单，采用一横向圆管安装或焊接于坐垫框架左右两侧。此结构成本低、易实现。防潜效果一般，通常用在成本较低的车型上。

3.2 半盆式结构

半盆式防潜装置结构比较复杂，在坐垫框前半部分布置座盆钣金件，覆盖于坐垫框上。此结构成本较高，防潜效果比较好。

3.3 座盆式结构

座盆式防潜装置结构复杂，在坐垫框整体布置座盆钣金件，覆盖于坐垫框上。此结构成本高，防潜效果比较好，但是舒适性较差。

4 防潜装置布置要点

确定了防潜装置的结构形式后，需定义座垫骨架中防潜结构的布置区域、结构设计参数，以满足正碰的目标要求。布置区域的选择及重要的结构参数主要通过人机工程及试验统计得出推荐的范围，再通过座椅试验进行验证，达到限制乘员骨盆位移、减小生物力学值的目的。

4.1 防潜装置设计区域

汽车座椅供应商，如江森、李尔等，为了得到有效的防潜位置，进行了大量的理论计算和CAE分析，通过长期的技术积累和试验验证，形成了行业内广泛认可的设计区域。下图10是推荐的被动防潜区域（绿色方框表示最佳的防潜区域，黄色方框表示可接受范围的防潜区域，橙色方框及以下范围表示较差的防潜区域）。设计原则是满足MTM（人体到刚性骨架距离）值一般要求的情况下，布置和设计座垫骨架中防潜结构件，但往往设计在绿色方框区域内一般都无法达到MTM值的要求，使乘坐者或驾驶员舒适性感觉下降，因此在设计时一般推荐在绿色方框和橙色方框之间区域设计防潜结构。